中 華 大 學

中 華 大 學 碩 士 論 文

題目：無線語言學習系統設計與研究

系 所 別：電機工程學系通訊組碩士班

學號姓名：E09601002 賴俊宏

摘要:

本論文的語文學習系統方式在於直覺式的學習方式，看到哪聽到哪，隨聽隨 練，絲毫不會有任何停滯不前的情形出現，並且教材內容即為學校課本，不需 另購教材，相當的方便。且所有的書本內容皆已存放至網站上讓讀者自由下 載，不需額外付費，也就是說使用此機器可以從小學一直使用到高中畢業為止 呢!

因為本系統反應時間約 0.3 秒，所以幾乎做到即時發音的程度。此系統利用簡 單的面板掃描電路，但解析度能達到 4mm，也就是說在面板上的些微移動都能 夠偵測的到。利用便宜的單晶片做 ADC 轉換即可得到精確的位置座標，在將座 標值傳送到 SOC 上做語音處理及輸出，再加上 MP3 的語音壓縮功能，讓音質悅 耳，提供更多樣化的學習方式。

本論文最後會將學生所研究的面板座標掃描系統及語音處理系統結合，嘗試完 成語言學習系統的開發，以檢視其整體效率及實用性。目前此系統已可做到，

掃描、發音，且正確率達 99.99%以上。

誌謝

在這兩年研究生活當中，首先，要感謝的是我的指導教授 田慶誠 博士，

不管在做人處事方面或學習態度上，他都能夠給予我許多寶貴的意見，適時的 糾正我的錯誤；並且在論文的研究上，辛勤的指導，給了我更多的思考方向。

也要感謝口試委員 林垂彩 老師及 陳棟洲 老師的批評與指導，讓本論 文在定稿前能夠適時的修改許多地方。還有 王志湖 老師在平常課餘時間能 夠給我許多意見，釐清我許多觀念，在此，也要一並感謝。

其次，要感謝的是實驗室的許多學長學弟們，在課業上給我許多的意見和 協助，並且在我的研究上給予莫大的幫助。

另外，特別要感謝的是我的家人給予我最大的支持與鼓勵，使我能夠安心 的度過這兩年的研究生活。

最後，僅將此論文獻給所有關心我的人。

目錄

頁數

摘要--- 1

誌謝--- 2

目錄--- 3

圖目錄--- 5

第一章、序論--- 7

1.1 前言--- 8

1.2 語言學習之發展歷史--- 8

1.3 語言學習之優點--- 9

1.4 語言學習之應用方向--- 10

1.5 內容大綱--- 10

第二章、相關背景知識--- 12

2.1 面板掃描裝介紹--- 12

2.2 ADC 介紹--- 20

2.3 MP3 壓縮介紹--- 21

2.4 座標搜尋介紹--- 24

2.4.1 笙泉 MPC82E54 介紹--- 25

2.5 檔案格式介紹--- 26

第三章、系統架構--- 29

3.1 語言學習機主架構--- 29

3.2 硬體電路圖說明與分析--- 32

3.3 MP3 Player 系統方塊圖與介紹--- 39

3.4 感應系統說明--- 47

第四章、程式設計--- 51

4.1 面板掃描部分--- 51

4.2 檔案搜尋部分--- 62

4.3 MP3 語音播放器部分--- 66

第五章、結論與未來研究方向--- 67

6.1 結論--- 67

6.2 未來研究方向--- 67

圖目錄

頁數

圖 1: 電阻式觸控面板---13

圖 2: 電容感測器面板---14

圖 3: 投 射 式 電 容 面 板---15

圖 4: 光學(紅外線)式觸控面板---16

圖 5: 音波式觸控面板---17

圖 6: 彎曲波(Bending-Wave)觸控式螢幕---18

圖 7: 電阻式觸控面(數位式)板---19

圖 8: 各種觸控面板特性比較圖---19

圖 9: ADC 示意圖---21

圖 10: MP3 壓縮流程圖---23

圖 11: 訊號比較流程圖---24

圖 12: ISP tool setup---25

圖 13: ISP tool 外觀---25

圖 14: ISP AP 外觀---26

圖 15: 掃描板系統方塊圖---29

圖 16: 掃描板實體圖---29

圖 17: 控制主板實體圖---30

圖 18: 播放機系統方塊圖---30

圖 19: MP3 EV 板實體圖---31

圖 20: 無線筆方塊圖---31

圖 21: 無線筆實體圖---32

圖 22: 掃描板硬體電路圖(感應板部分) ---34

圖 23: 掃描板硬體電路圖(主控部分) ---34

圖 24: 無訊號輸入(掃描板前端未經雜訊處理) ---35

圖 25: 有訊號輸入(掃描板前端未經雜訊處理) ---35

圖 26: 不同 channel 定位處理 1 (CH1:Input signal, CH2:Channel selection) --35

圖 27: 不同 channel 定位處理 2 (CH1:Input signal, CH2:Channel selection) --36

圖 28: 不同 channel 定位處理 3 (CH1:Input signal, CH2:Channel selection) --36

圖 29: 訊號放大處理 (CH1:Input signal, CH2:Amplifier output signal) ---36

圖 30: 左右相鄰 channel 之訊號強度相同 (CH1:Input signal, CH2:Amplifier output signal) ---37

圖 31: 左右相鄰 channel 之訊號強度差 1 (CH1:Input signal, CH2:Amplifier output signal) ---37

圖 32: 左右相鄰 channel 之訊號強度差 2 (CH1:Input signal, CH2:Amplifier output signal) ---37

圖 33: 每次取樣時間約 8mS (CH2:Output signal) ---38

圖 34: 無線筆硬體示意圖---39

圖 35: MP3 系統方塊圖---39

圖 36: MP3 Power 電路略圖---40

圖 37: MP3 AD 電路略圖---41

圖 38: MP3 Headphone 電路略圖---42

圖 39: MP3 Power Circuit Application電路---43

圖 40: MP3 USB Mode 電源電路---44

圖 41: MP3 錄音部份應用電路---44

圖 42: MP3 重置應用電路---44

圖 43: MP3 重置時序圖---45

圖 44: MP3 零件擺置區及接地設計圖---46

圖 45: 掃描面板電路示意圖---47

圖 46: 掃描面板座標示意圖---49

圖 47: 掃描系統流程圖---51

圖 48: 掃描面板訊號偵測流程圖---52

圖 49: 點讀機訊號比較流程圖---53

圖 50: MP3 座標模擬圖---62

圖 51: 點讀機時序圖---63

圖 52: MP3 語音撥放流程圖---64

表目錄

頁數

表 1: Header Format Table---26

表 2: Tag Format Table---27

表 3: Music Files Format Table---27

表 4: 內容記憶體位置配置---28

表 5: USB2.0 PCB Layout Layer---45

第一章、序論

1.1 前言

隨著國際村的社會來臨，全世界的的人們，莫不迫不及待的開始學習第二 外語、第三外語，甚至第四外語…，因此，坊間一套套的語文學習系統，語文 學習書籍因此誕生，但是，真正能夠靠自己獨立學習而學有所成的人，寥寥可 數。 花大錢請家教或出國留學也不是大多家庭的經濟能力所負擔的起，所 以，開發一套使用簡單、便宜且穩定性高的產品，即為此次論文的重點項目。

此系統為提供學習多種語文能力之學員，一個更方便的學習平台。 此系統，

適用於學齡前、小學、中學，甚至大學皆適宜。

一般來說，語言學習系統大多以聽 CD 配合課本教材的方式來進行學習，這 種方法不僅學習速度慢，效果差，更無法及時性的讓學員學習到正確的發音方 式及對話練習。一旦發現錯誤，又要重新複習浪費時間。而且大多數家長也無 法長時間陪伴孩童一起進行學習，不僅降低學習意願也讓學習進度變慢。因 此，學生想開發一套簡易而有效的學習系統，讓更多的學生都能更容易的學 習。

1.2 語言學習之發展歷史

教具，該公司兩年內在同行業的排名就從第 23 名躍居到了第 2 名。這種貌似 電腦的教具就是點讀機。點讀機（又稱為智慧電腦讀書機,英語互動電子課 本、同步讀書機、英語智慧點讀機、電子書、電子課本等）是現代數碼資訊技 術與最新教學需求完美結合的一種有聲互動學習產品。它通過萬點電磁感應定 位系統與無線傳感點擊技術等高科技手段，將文字化的書本教材變成能按學習 需要任意發聲的有聲教材。通俗而言，它就是能讓課本開口說話的一個神奇教 育產品。

目前僅在美國，就有超過 25,000 所小學採用點讀機輔助課堂教學，超過 2000 萬家庭使用點讀機來教育孩子。點讀機是美國教育部官方指定進行效果跟 蹤測試的 16 種教育科技產品之一，大量研究資料證明，點讀機能成倍提高學 生學習成績。

點讀機，是繼學習機、複讀機、電子詞典之後的第四代英語學習電子產 品。把課本放在機器平板上，用專用的筆點課本上的文字內容，機器就會發出 相對應的發音。原理就是在製作發音檔時，給發音檔預先設置好所對應文字內 容的“經緯位置＂。比如說：“西瓜＂在小學語文的第三頁從左上角起

（X,Y）處，那麼選中這一本書這一頁後，平板感知到所配備的筆點觸（X,Y）

這一點，就收到指令，讀出於這一點相對應的發音檔，即“西瓜＂。正確發音 的前提是：1.本書已製作發音檔並已被點讀機收錄（不是任意圖書都可以點 讀） 2.書本、頁碼選擇正確 3.書放在平板的正確位置。

1.3 語言學習之優點

眼看：“所見即所得＂式的高效英語學習，看到哪兒，點到哪兒，聽到哪 兒，學到哪兒。

耳聽：靜心聽讀，全文朗讀，一座標點可配備兩種甚至更多種語言（這樣 就可實現“多語種互譯＂），甚至還可以變速發聲，鍛煉聽力。

口讀：有一些點讀機還配有複讀功能，結合了複讀機於一身。

手點：輕輕一點，即可聽到預先錄製的的語音，最簡單的操作，手中的語 音教室。

腦記：發音製作時刻突破課本局限性，錄入翻譯、課程講解、單元測試等 內容，更好地調動人的大腦記憶積極性。

1.4 語言學習系統之應用方向 1. 學齡前之幼兒學習機。

2. 學齡中之外語學習機。

3. 翻譯機。

4. 誦經機。

第二章、相關背景知識

介紹感應面板及 MP3 播放器之功能方塊圖，及相關所需知識介紹，使讀者 能快速了解語文學習系統之設計原理。

第三章、系統架構

將本文所提到之系統架構做一詳細說明。

第四章、程式設計

針對本論文中所有功能實現之程式設計部分，包括程式流程說明，功能函 數介紹及原始程序說明。

第五章、結論與未來研究方向

探討本文所提的語言學習系統其優點與貢獻，並且針對未來可加以改良的 方向做研究與討論。

第二章、相關背景知識

2.1 面板掃描裝介紹

目前主導觸控式螢幕市場的八種技術分別是電阻式、表面電容式、投射式電 容、紅外線、表面聲波、光學、彎曲波和動態數位處理。

在 100 多家觸控式螢幕組件製造商中，電阻式觸控螢幕即囊括了其中的三分之 二。電阻式觸控螢幕的優勢包含低價、高解析度、滑鼠追蹤、可啟動小型目 標，而且不受灰塵、粉塵或光線的影響。

電阻式觸控面板

是一種機械式感測器，由兩層材料構成，中間通常透過空氣分離(圖 1)。頂層 是純淨的聚酯薄膜，底層是玻璃。若用手指按壓頂層，就會推動頂層與底層接 觸。一旦測得接觸點的電壓，就可計算出接觸位置。移開手指後，頂層又回覆 到原始狀態。

嵌入式設計人員在 RTS 上面臨的兩大挑戰是：(1)承載顯示螢幕的光學結構嚴

需要的玻璃框成本可能是設備成本的兩倍。而且，RTS 必須安裝在玻璃平面 上，不能在塑料材料之下。

此外，RTS 的靜電放電(ESD)阻抗很差。這一點往往使設備遭受濕度損害，同時 溫度和濕度的變化也會嚴重影響性能。此外，RTS 需要精密的測頭；這些測頭 在大多數捲軸和游標所在的邊緣處是不準確的，它們需要用戶經常進行校準。

圖 1.電阻式觸控面板是一種機械感測器，由兩層材料構成，中間透過空氣分離。

電容感測器

一種更有效更、可靠的替代方案，是採用薄型透明式電容感測器觸控式螢幕，

嵌入式設計人員可將之放置在任何可視表面上用於輸入和導航。實現這類電容 感測器介面的方案是 ClearPad，可為設計人員提供一種克服 RTS 侷限性的解決 方案。

電容感測器模組中有一個薄的透明手指感測區，與一個包含了所有感測電子元 件的可撓性電路相連。如圖 2 所示，若手指按在導纜線路網格頂端，將改變鄰 近線路的電容。一旦測得線路電容的變化，就可計算出手指的坐標位置。無需 壓力來啟動電容感測器。只要在電容面板表面輕輕地點選或滑行即可。

電容式觸控面板優點:

1、 快速回應其操作。

2、 只會感應電容變化，可避免因為外在環境之灰塵、水滴等所造成的操作 錯誤。

3、 支援先進的多點觸控功能。

圖 2.電容感測器面板是固態的。

投 射 式 電 容

近 期 引 起 眾 多 媒 體 報 導 的 iPhone 採 投 射 式 電 容 （ Projected Capacitive） 觸 控 面 板 ， 而 非 一 般 表 面 式 電 容 （ Surface

Capacitive） 觸 控 面 板 ， 主 要 原 因 在 其 能 支 援 多 點 觸 控 （ Multi- touch） 功 能 。 因 投 射 式 電 容 觸 控 面 板 結 構 堅 固 ， 且 無 尺 寸 限 制 ， 所 以 幾 乎 適 用 在 所 有 觸 控 螢 幕 應 用 範 圍 ， 預 估 將 壓 縮 其 他 技 術 的 市 場 空

變化的電子迴路相通。

操作時，控制器先後供電流予不同層之驅動線，因而使各節點與導線間形成一 特定電場，當手指或觸動媒介接近時，控制器迅速測知在節點與導線間的電容 值改變，進而確認觸動之位置。由於透明導線在面板上形成不同於表面電容的 三維電場，因此，觸動不須實際接觸仍可發生；換言之，投射電容式具有 Z 軸 分辨能力的觸控應用技術。

圖 3: 投 射 式 電 容

光學(紅外線)式觸控面板

工作原理: 光學式觸控面板近幾年藉著 LED 品質的提升和製程的精進而有捲土

重來的現象，光學式觸控面板的工作方式是由四周圍的紅外線發射器和接收器 所組成的，X 軸和 Y 軸所產生的紅外線形成矩陣式排列，當不透明物體遮斷其 中的光線之後自然就定位出 X 軸和 Y 軸了。

圖 4: 光學(紅外線)式觸控面板

音波式觸控面板

工作原理: 基本上音波式觸控面板是為了改善電容式觸控面板的缺點而發展出

來的，電容式觸控面板有易受雜訊和靜電干擾的特性，且雖然表面硬化處理達 到 7H，可是 Sio2 為了不隔絕掉 ITO 的表面電流，所以會鍍的非常薄，當施加 在電容式的力過大時，依然會有傷到 ITO 的可能而造成故障，所以發展出來了 音波式觸控面板。

音波式觸控面板表面上完全由玻璃組成，三個角落由超音波發射和接收器在中 間區域形成一個均勻的聲波力場，利用聲波碰到軟性介質會被吸收掉能量的特 型來做觸控定位的目地。

圖 5: 音波式觸控面板

彎曲波(Bending-Wave)觸控式螢幕：基本概念

彎曲波(Bending-wave)觸控技術在概念上相當簡單(如圖一所示)，當手指觸 碰到玻璃板所產生的聲波會在玻璃板之間傳遞開來，這些聲波會被連結在玻璃 板上「麥克風」形式的壓電傳輸感應器(piezoelectric transducers，piezos) 偵測到，而收集到的訊號會予以數位化後進行觸控位置重建處理。這樣的系統 可以放置在液晶顯示器(LCD)前方作為觸控式螢幕(touch-screen)輸入裝置。

圖 6: 彎曲波(Bending-Wave)觸控式螢幕

電阻式觸控面(數位式)板動作原理

數位式(或稱矩陣式)觸控面板的應用時機，通常是用在控制方式單純而固定的 場合。例如：工業自動控制、低階 PIM 產品(股票機、翻譯機、簡單型 PDA)。

與類比式不同的是，觸壓面板時，所得到的只是 ON/OFF 訊號，與類比式所強 調的線性無關。所以在材質及技術的要求層次較低。在製作時分別將上、下部 電極不需要的部分蝕刻掉，每一直行與橫列分別拉出一條導線，使用者按下特 定區塊使上下導通 後，就會依據設定動作在 LCD 上顯示。

圖 7: 電阻式觸控面(數位式)板

圖 8: 各種觸控面板特性比較圖

2.2 ADC 介紹

什麼是 ADC？ Analog-to-Digital Converter 類比/數位轉換器

ADC 即類比數位轉換器；ADC 經常用於通訊、儀器和測量以及電腦系統中，可 方便數位訊號處理和資訊的儲存。大多數情況下，ADC 的功能會與數位電路整 合在同一晶片上，但部份設備仍需使用獨立的 ADC。行動電話是數位晶片中整 合 ADC 功能的例子，而具有更高要求的蜂巢式基地台則需依賴獨立的 ADC 以提 供最佳性能。

ADC 具備一些特性，包括：

1. 類比輸入，可以是單通道或多通道類比輸入；

2. 參考輸入電壓，該電壓可由外部提供，也可以在 ADC 內部產生；

3. 時脈輸入，通常由外部提供，用於確定 ADC 的轉換速率；

4. 電源輸入，通常有類比和數位電源接腳；

5. 數位輸出，ADC 可以提供平行或串列的數位輸出。

圖 9: ADC 示意圖 2.3 MP3 壓縮介紹

MP3 的壓縮原理

在 MPEG-1 的標準中，將聲音訊號的壓縮標準分為三個層級，分別是 MPEG LAYER 1、MPEG LAYER 2 與 MPEG LAYER 3。影音光碟就有採用 LAYER 2 的 標準，至於 MP3 就是 MPEG LAYER3 的產物了。進一步說，MP3 就是把現在的 CD 音樂檔，以壓縮的方式儲存，透過 CPU 強大的運算能力，以軟體解壓縮的方 式，就可以在電腦上聽到好聽的音樂了。至於這其中的壓縮效果有多好？我們 可以如此計算，普通的 CD 音樂大約是以 44.1khz 的頻率、十六位元取樣，平 均每分鐘音樂就要花掉 44100×16×2stereo×60 的容量，大約是十 MB 的儲存空 間。以目前每片光碟 650MB 的容量來說，一片 CD 的儲存量約在六十五到七十 五分鐘之間。

MP3 就是將這些樂曲透過壓縮的方式，增加更多的儲存量。由於 MP3 的壓縮比 大約在十到十二倍之間，一分鐘的樂曲透過 MP3 壓縮，只要一 MB 左右的儲存 空間，換言之每片光碟可以儲存六百五十到七百五十分鐘的音樂，更重要的

是，即使壓縮比如此驚人，音樂的品質依然直追 CD，因為利用人類聽覺遮蔽的 緣故，以現在一般個人電腦 CPU 的速度解壓 MP3 時，人類聽覺沒辦法分辨壓縮 後有所不同，讓使用者不須為了追求高容量，而犧牲了聽的品質。

MPEG/audio 的壓縮，其 Sampling rate 可分為 32、44.1、48kHz，支援的聲道 有 monophonic，dual-monophonic，stereo mode，joint-stereo mode，Error detection 為 CRC error detection code 還有 Ancillary data。其主要是利 用人類聽覺系統在某些情況下，會產生聽覺的 mask 而無法分辨出量化的雜 訊，根據實驗亦發現人類聽覺有一個極限，也就是人類所能聽到的聲音頻率約 為 20Hz 到 20kHz 之間，critical band 並不能完整呈現出人類聽覺系統的聽覺 特性，因為人類聽覺系統依據頻率來分辨聲音能量，所以任何頻率的雜訊遮罩 只和其限定頻寬內附近的信號能量有關。MPEG/audio 將聲音信號分配成接近 critical band 的 sub band，然後依據每一個 sub band 的聽覺量化雜訊程度 來量化。最有效的壓縮，即是將不需要的聽覺量化雜訊移除。也就是我們可以 將一大部份人類聽覺系統所無法察覺的資料移除，以減少資料檔案達到壓縮的 效果。

圖 10: MP3 壓縮流程圖

以下我們來看一個例子，假設我們開啟某個 MP3 檔案，其檔頭為：

FF FB 90 44 00 00 ...

我們先將它轉成二進位格式

1111 1111 1111 1011 1001 0000 0100 0100 0000 0000 ...

再對照表一，我們就可以很明白的看出這個 mp3 file 的基本資訊。

1111 1111 1111 是同步字元，1011 表示是 MPEG-1，layer III encoding，

未添加任何糾錯資料，1001 表示這個檔案是以 128 kbps 來 sample 的，

1001 則說明了檔案 sample rate 是 32 kHz，0000 表示是立體聲模式，0100 表示無版權的原始檔案，編碼時未加重。

START

掃描左板訊號找到最大 X 軸 channel

Y 軸 channel 2.4 座標搜尋介紹

首先利用感應面板感應到的微小訊號，經過初級放大後，傳送至後端訊號處理 電路。此功能可利用 8051 單晶片來進行座標掃描之工作，主要目的在加快處 理速度。 在設計此功能時需注意處理時效及正確性，因為辨識度會影響到整 個系統的 performance，辨識一個座標的時間需在 50ms 以內，再加上傳送 5 bytes 座摽時間約 10ms，如此即可得到較佳的處理速度(約 100ms 內處理一筆 正確座標)。在確定座標位置後，立即透過 RS-232 介面，迅速將正確座標送至 Host。

當訊號倍率太大 則三根訊號齊高, 因此需縮小倍率

當訊號倍率太小 則三根訊號太低或是無訊號 , 因此需放大倍率

流程圖:

2.4.1 笙泉 MPC82E54 介紹

Features

◆ Enhanced 80C51 Central Processing Unit

◆ 5V operation voltage, built-in Low-Voltage Detector and Reset circuit ◆ Operation frequency range up to 24MHz

◆ 15.5K bytes on-chip flash memory with ISP/IAP capability

◆ Two 16-bit timer/counter

◆ One enhanced UART with automatic address recognition and frame error detection

◆ 10-bit Analog-to-Digital Converter (ADC)

◆ 27 programmable I/O ports

◆ Very low power consumption ISP Download tool:

Setup:

圖

12: ISP tool setup

H/W:

圖

13: ISP tool

外觀

AP:

圖

14: ISP AP

外觀

2.5 座標檔案格式介紹

主要目的為設計此系統可存放多種 Index 及 Information 以便讓 MP3 系統更快

2、 Tag Format: 32 bytes x N page

Address 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

Data 00 01 00 00 00 60 00 80 08 10 00 00 00 00 00 00

Description Index No Offset Tag size Height Width Page files Page No NOT

表二:

Index No: Index 編號。

Offset: Index 偏移量。

Tag size: Tag 大小，0x80=128 bytes。

Height: 高邊界 Width: 寬邊界

Page files: 此頁碼內的總檔案數 Page No: 頁碼

NOT: Number of Tag: 在同一頁有多少 Tag

3、 Music Files Format (每個聲音檔設定值固定為 16 bytes x N music file) Start

Address 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

Data X_HS X_LS Y_HS Y_LS X_HE X_LE Y_HE Y_LE No0

Start

Address 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1A 1B 1C 1D 1E 1F

Data X_HS X_LS Y_HS Y_LS X_HE X_LE Y_HE Y_LE No1

表三:

X_HS：代表 X 軸起始座標之高位元組（單位：byte）

X_LS: 代表 X 軸起始座標之低位元組（單位：byte）

Y_HS：代表 Y 軸起始座標之高位元組（單位：byte）

Y_LS: 代表 Y 軸起始座標之低位元組（單位：byte）

X_HE：代表 X 軸結束座標之高位元組（單位：byte）

X_LE: 代表 X 軸結束座標之低位元組（單位：byte）

Y_HE：代表 Y 軸結束座標之高位元組（單位：byte）

Y_LE: 代表 Y 軸結束座標之低位元組（單位：byte）

No0: Current Music number 此坐標所指定的聲音檔案編號.

課本內容記憶體位置配置圖:

Header (64 bytes)

Table Offset

Music Table

表四:

第三章、系統架構

3.1 語言學習機主架構:

3.1.1、掃描板系統方塊圖:

圖15: 掃描板系統方塊圖 掃描板實體圖:

圖16: 掃描板實體圖 4051

掃描電路

OPA 訊號放大及 濾波電路

8051

座標判斷及傳送 RS-232

控制主板:

圖17: 控制主板實體圖 3.1.2、播放機系統方塊圖:

MP3 File Search Engine

RS-232

DSP (MP3 Codec)

Mic

A/D converter

MP3 EV 板實體圖:

圖 19: MP3 EV 板實體圖 3.1.3、無線筆方塊圖

圖 20: 無線筆方塊圖

無線筆實體圖:

150K Hz LC 震盪電路 可變電阻滑動

開關

9V 電源

發射天線

圖 21: 無線筆實體圖

3.2 硬體電路圖說明與分析:

3.2.1 掃描板部分:

功能說明:

當無線筆點在感應面板上時，無線筆會發出 150K Hz 的頻率訊號，此時感應面 板會將感應到微小訊號放大再將雜訊濾除並做定位處理，最後將判斷出來的有 效座摽經由 MCU82E54 的 UART 傳送至 Host 端。

首先 MCU BV2416B 先將訊號傳送至要掃描的 Panel，經由 74138 3 對 8 解碼 器，我們可以利用 3 個 I/O 輸出來控制 5 個 4051 8 對 1 接多工器的開關與切 換。而 5 個 4051 的輸入腳位則分別接到掃描板上，共有 40 個 channel，其中 X 軸有 16 channel，Y 軸有 24 channel。

在 4051 後面有 2 級的小訊號放大電路，主要功能是將掃描板上的微小電壓做 初級的放大與濾波動作。在此應用電路上我們運用了反向放大電路，先在訊號

圍時才開始做訊號 放大 Æ 比對 Æ 擷取 步驟。當 ADC 訊號擷取完成後(每 次約 5ms，40 個 channel 共需 200ms。故每秒可掃描 5 次)，即開始下一次的掃 描動作。

此電路是 MCU 依序從 channel 0 掃瞄到 channel 15，每掃描一個 channel 即 判斷 ADC 值大小，以確認是否有無信號輸入，如果沒有訊號輸入，則切換到另 一 panel 的 channel 0~15 開始掃描。

如果有發現信號，此時即可得知為左頁還是右頁有輸入訊號。此時再針對該訊 號源作詳細之 X ,Y 座標之分析動作，以抓取更精細之座標資料。

當座標分析完成後立即傳送至 UART，並且開始做下一次的座標掃描。所以，如 果無線筆一直發射訊號出來，則感應板即會一直抓取到座標輸入。

另外，FS8853 為 LDO IC，主要功能為將 DC +5V 轉為+3.3V 讓 3.3V 的 MCU 及 相關 TTL IC 工作。

圖 22: 掃描板硬體電路圖(感應板部分)

R13

51K

C9 100pf

VDD33

RQ2 R8

10K LEFT_SIGN

C20 C10

220pf

R10 6.1K

-VDD

C18

LQ4 RQ0 C15

0.1uf - +

U11B

TL084 5 6

7

R5 100k C8 100pf

4051-B

CLK

4051-A R14

10k

R12 15K

4051-A

LQ2 C14

10uf/10V C11 220pf

VDD33

A/D R16

3.3K

C12 6800pf R22

10k

C17 10uf R7

6.1K

Q3 NPN BCE

- +

U11CA

LT084 9 10

8

DISCHARGE -VDD

DISCHARGE R20 2k

R6 20k

C16 0.1uf

R17 5.1k

4051-C

LQ3 C13

10uf/10V

LQ5 -

+ U11A

TL084 2 3

1

411

R21

1.5k

RQ1 U13

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 P2.2

P2.3 RST RXD/P3.0 TXD/P3.1 XTAL2 XTAL1 INT0/P3.2 INT1/P3.3

VCC P2.1 P2.0/CEX2 P1.7/MOS/AIN7 P1.6/MOS/AIN6 P1.5/MOS/AIN5 P1.4/SS/AIN4 P1.3/AIN3 P1.2/AIN2 R4 20k

D3

1N4148

LQ1 DATA

U12 FS8853-3.3

1

2 3

GND

VI

VO USB_5V

R30

20k

R23 33k

- +

U11DA

TL084 13 12

14

R32 10K

4051-B R3

100k

R15

20k

R19 5.1k

R29

20k

RIGHT_SIGN A/D

Q2 MOSFET N

VDD33 GND

R18

2k R9

15K

VDD33

VDD33 R31

20k

U10

CON16A

1 3

5 7

9 11 13 15 2 4

6 8

10 12 14

16

Y4 Z

Y5 VEE

A2 A0 Y0 Y2 Y6 Y7

E VSS

A1 Y3 Y1

VDD P2.4

R11 10K

VDD33

CH37 VDD33

CH1

Q2 U3

4051/SO 6 11 10 9

7 3 13 14 15 12 1 5 2 4

INH A B C

VEE X X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 CH19

C3

CH26

Q5

CH3

CH25

C6 Q1

CH15 CH39

Q4

CH32 CH18

Q4

CH34

Q1 Q2

- +

U9A OPA4558

4

1 3 2

8

Q5

CH38

R25 2k7

U1

4051/SO 6 11 10 9

7 3 13 14 15 12 1 5 2 4

INH A B C

VEE X X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7

U7

74LS257 15

1

168

4 7 9 12 2 5 11 14 3 6 10 13

G A/B

VCCGND

1Y 2Y 3Y 4Y 1A 2A 3A 4A 1B 2B 3B U6 4B

74ALS138 1 2 3

15 14 13 12 11 10 9 7

168

6 4 5 A B C

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

VCCGND

G1 G2A G2B

Q0 Q2

C5 CH10

CH20

R27 2k7 VDD33

-VDD Q6

Q7

CH4

C3

CH24

Q0 CH12

CH14

R26 33k M1

C7

Q2 CH21

Q0

C5

680pf M0

CH9

Q3

L/R-SIGN -

+ U9B OPA4558

4

7 5 6

8

OUT

U4

4051/SO 6 11 10 9

7 3 13 14 15 12 1 5 2 4

INH A B C

VEE X X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7

VDD33

Q1

CH17 CH2

CH0

Q0

Q2

MODE Q3

R28 33k

CH7

CH28 CH29

C6 100pf

CH22 Q0

CH6

J1 L/R 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

14 11 12 13

M4

Q2

CH23 GND

M2

U8

74LS257 15

1

168

4 7 9 12 2 5 11 14 3 6 10 13

G A/B

VCCGND

1Y 2Y 3Y 4Y 1A 2A 3A 4A 1B 2B 3B 4B Q4

Q4

CH5

Q1

Q0 U2

4051/SO 6 11 10 9

7 3 13 14 15 12 1 5 2 4

INH A B C

VEE X X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7

CH33

M2

CH27

MODE

CH16

Q1 Q1

M3

R24 5k1

CH30 CH11

VDD33 M4

Q5 M0

Q3

M1

C4

C7

0.1uf

C7 CH13

CH36 Q5 M3

C4

L/R-SIGN -VDD

CH35

C6

VDD33

-VDD C5

L/R-SIGN

CH31 CH8

U5

4051/SO 6 11 10 9

7 3 13 14 15 12 1 5 2 4

INH A B C

VEE X X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 Q3

實驗說明:

1、當無線筆點在感應面板上時，無線筆會發出訊號，此時感應面會將感應到微小訊號放大:

圖 24: 無訊號輸入(掃描板前端未經雜訊處理)

圖 25: 有訊號輸入(掃描板前端未經雜訊處理)

2、將感應到微小訊號放大再將雜訊濾除並做定位處理:

圖 26: 不同 channel 定位處理 1 (CH1:Input signal, CH2:Channel selection)

圖 27: 不同 channel 定位處理 2 (CH1:Input signal, CH2:Channel selection)

圖 28: 不同 channel 定位處理 3 (CH1:Input signal, CH2:Channel selection)

3、小訊號放大電路將掃描板上的微小電壓做初級的放大與濾波動作:

圖 30: 左右相鄰 channel 之訊號強度相同 (CH1:Input signal, CH2:Amplifier output signal)

圖 31: 左右相鄰 channel 之訊號強度差 1 (CH1:Input signal, CH2:Amplifier output signal)

圖 32: 左右相鄰 channel 之訊號強度差 2 (CH1:Input signal, CH2:Amplifier output signal)

圖 33: 每次取樣時間約 8mS (CH2:Output signal)

3.2.2 無線筆部分:

功能說明:

當觸動無線筆頭的滑動開關(SW1 ON)時，RC 震盪電路會被啟動並震盪出訊號出 來讓 Q1 ON/OFF，再經由發射天線(L1)將訊號發射至感應板上。震盪頻率為 f= 1/(2*pi*RC)。當電壓降低時，發射訊號強度也隨之減弱，不過因為筆頭開 關沒被啟動時，系統並不損耗任何電力，所以電池壽命可以維持 1~2 年之久，

當然這也是與使用次數成反比的。

因此，感應板上的訊號放大電路就需要配合無線筆的訊號強度而調整，以達到 正確之訊號偵測動作。

C78 CAP NP

C79 CAP NP

R65 510 ohm

SW1

PUSHBUTTON

R64

100 ohm

C76 CAP NP L1 INDUCTOR

Q1 NPN BCE J1 DC 5V

1 2

圖 34: 無線筆硬體示意圖

3.3 MP3 Player:

MP3 系統方塊圖:

圖 35: MP3 系統方塊圖

ADC-10 DC-DC PLL USB2.0 FIFO ⁸⁰⁵¹

SRAM Code

Boot ROM

Audio Codec

DSP for MP3 WMA ADPCM

EQ

SRAM

ROM

MS Card Reader

SD/MMC Card Reader

SM Flash

ECC

UART /I²C

LCDC GPIO

LCM

Button

HP MIC

FM Flash

Mem

Flash Mem

Flash Mem Flash

Mem BATT

Memory Cards I²C

Remote

A099 為一內建 8051 及 MP3 Decoder 的 SOC IC。它可以將存放在 NAND Flash 中的 MP3 檔案直接放進 DSP 中解碼並傳輸到 Audio Codec 將聲音播放出來，實 為一個整合性極高的 MP3 controller。所以此次的實驗我們採用了 A099 MP3 controller 來呈現語言學習機的性能展示。

以下即為每個功能方塊的說明介紹:

3.3.1 Power 電路略圖

數位部分(Digital Part)：Pin36~Pin45

C2SW(Pin40)：Digital Part Function Enable

此 Pin 為輸出 Pin 通知外部電路 DC2DC 啟動或關閉 If C2SW=｀H＇, Digital Part Function Enable If C2SW=｀L＇, Digital Part Function Disable IDC18(Pin39)： Digital Part Power

VDD18FB(Pin38)：DC2DC Feedback Pin

此 Pin 將與 VR600 做比較，其結果將用來調整 Switching Duty 以 控制 DC2DC CAP1V(Pin37)：1V Output Pin

RV(Pin36)：Switching Frequency Adjust Pin

於 Pin37 與此 Pin 串個電阻可改變 Switching Frequency

3.3.2 AD 電路略圖

圖 37: MP3 AD 電路略圖 VDDA(Pin21)：AD Power Input pin

MIC OPT1 OPT2 BAT(Pin17~20)：4 組 Input

VCM(Pin15)：AD Middle Voltage (Reference Voltage) VCM = VDDA/2 。ADC 參考電壓

CVT(Pin14)：AD Top Voltage ,AD 滿格位準

AD10

3.3.3 Headphone 電路略圖

圖 38: MP3 Headphone 電路略圖 DACVDD(Pin7)：DAC Power

AVRC1(Pin8)：DA Constant Current Bias DA 系統定電源電路的偏壓腳

AVRC2(Pin12)：Cout Circuit Bias

DA Reference Voltage(Cout)電路的偏壓腳 XOUT (Pin9 Pin11)：DA Output

COUT(Pin10)：DA Reference Voltage(Bias) HP_VDD(Pin1)：HP Power

HP_XINX(Pin2～5)：OP Negative Input

HP_BYP(Pin6)：HP OP Circuit Bias(Positive Pin) HPXOUT (Pin9 Pin11)：OP Output

其它 Digital Circuit Pin 腳簡述：

●內部 8051：Pin96~121 內部 8051 相關 Pin 。

3.3.4 Power Circuit Application

圖 39: MP3 Power Circuit Application電路 電源起電程序：

1.AP1603W 動作 Æ INT_VDD33 = VR600 建立

VBY = VBAT Æ RESUM Pull High 2.按下 Play

Q104 導通 VDD33 建立Æ ROM Code 啟動 VBY 由 VDD33 取代

IDC18 建立

RESUM Low Pulse Æ Digital Part Function 啟動 3.ROM Code 執行

啟動 DC2DC Function Æ C2SW 拉 High Æ Q102 導通 判斷 Play Key 是否壓下 1S 以上

True Æ 正常起電

False Æ DC2DC Function Disable Æ C2SW Low ( 107 109)

129 3

Vref R R

R V

+ =

3.3.5 USB Mode 電源電路

圖 40: MP3 USB Mode 電源電路

USB 利用二顆 LDO 穩壓得出電源，並未觸發 Resum 腳 DC2DC 將不會動作，VDD33 啟動時 Rom Code 將開始執行，再由 Code 偵測 GPIO6 為｀H＇則判斷為 USB Mode 進行應有的程序。

3.3.6 錄音部份應用電路(Recording Circuit Application)

圖 41: MP3 錄音部份應用電路 3.3.7 重置應用電路(Reset Circuit Application)

重置時序說明:

圖 43: MP3 重置時序圖

3.3.8 USB2.0 PCB 板設計原則(USB2.0 PCB Layout Guidelines)

表 5: USB2.0 PCB Layout Layer

•

在設計USB DP/DM線路時，盡量縮短線長，請平行走線，最好等長度。且走線不可轉直

角，最好以45度角設計。

•

USB DP/DM走線盡量不要靠近震盪器線路、磁性物及電源電路等等。

•

USB DP/DM盡量不要擺在板邊轉角或電源層。USB DP/DM線徑應大於50mil，其他訊號線 線徑應大於20mil。

Layer 層數 Description 說明

1 signal layer1(top, component side)訊號層

2 Ground layer 接地層

3 Power layer 電源層

4 Signal layer2(bottom)訊號層

3.3.9 零件擺置區及接地設計(PLACEMENT & GND AREA)

圖 44: MP3 零件擺置區及接地設計圖

A099

USB NAND Flash ROM

LCD I/F

Headphone AD/DA I/O DC/DC

GND_USB

GND_SIGNAL

GND

3.4 感應系統說明(Description):

當電感筆在 Panel Circuit 上點到某個點時，能夠正確透過掃描不同的 Channel 所得到相應的 ADC Value，來正確定位出筆所點在的位置。

3.4.1 內容(Content):

3.4.1 電路電壓特性介紹

以下用一個示意圖來說明一個Y軸電路電壓的分佈概況，其上的電壓是針 對Channel Y 的電壓量測結果，意即當筆點在A, C時，Channel Y 量到 的電壓值相對較低；當筆點在B時，Channel Y 量到的電壓值相對較高:

圖 45: 掃描面板電路示意圖

3.4.2 Channel X 與 Channel Y 定位介紹

此圖共有三個 Channel，分別為 Y, Y+1, Y+2。這裡我們來對

A

點來做個 觀察。B 點的位置是落在 Channel Y+1，當筆點在這個位置時，我們分別 對 Channel Y, Y+1, Y+2 量測電壓值，則其結果為：

a. Voltage Y ~= Highest

b. Voltage Y+1 ~= Lower than Voltage Y c. Voltage Y+2 ~= Lowest

根據些特性，我們可以用來定位 Y 軸，當所有 Y 軸掃完之後，我們得到 一個 Channel Y 具有最大的電壓，只要將此 Y 值加 1，即可定位出該筆的 位置在 Channel Y+1。

同樣的特性可運用在 X 軸上，差異只是 X 軸電路的迴轉方向與 Y 軸剛好 相反，故其特性為減 1，意即當所有 X 軸掃完之後，我們得到一個

Channel X 具有最大的電壓，只要將此 X 值減 1，即可定位出該筆的位置 在 Channel X-1。

3.4.3 Channel X 與 Channel Y交叉格子中的更細小定位介紹

圖 46: 掃描面板座標示意圖

如上圖，我們可以利用之前介紹的方法定位出其所處在的 Channel 為(X, Y)。

X, Y 所交會的線形成一個格子，格子中細分成九區，分別為

A,B,C,D,E,F,G,H,I。首先，我們必須找到一個介於 Y 到 Y+1 之間的中間電 壓，還有 X 到 X-1 之間的中間電壓，供我們做比較以便定位出

A,B,C,D,E,F,G,H,I的位置。根據之前已經說明過 CH X 與 CH Y 的電壓分佈方 式，若用 2 代表電壓較中間電壓高，而 1 代表電壓介於二者之間，0 則代表電 壓較中間電壓低，則A,B,C,D,E,F,G,H,I的位置座標分別為(0,0), (0,1), (0,2), (1,0), (1,1), (1,2), (2,0), (2,1) (2,2),。可能你會有疑問，為 什麼定位時用(X+1, Y-1)，但是尋找更小的A,B,C,D,E,F,G,H,I區域時卻又是 使用(X,Y)。這是因為(X+1, Y-1)可以得到最高的電壓值，可以讓我們找到

(X,Y)，但是它的電壓值分佈只有很小的變化。反之，(X+1, Y-1)雖然沒有最 高電壓值，但是其電壓值分佈卻又很大的變化空間，因此可以讓我們用來尋找 更細小的A,B,C,D,E,F,G,H,I區域。

START

INITIAL( )

ubL_R_Scan ( ) 快速掃瞄左右訊號

依據回傳值 判斷為左板 或右板有訊號

ubLeft_TouchPad ( ) 掃瞄左板並傳送出

UART

ubRight_TouchPad ( ) 掃瞄右板並傳送出

UART

Left Right

No touch

0x55 0x00 0xXX 0xYY 0xAA 左右板 x 座標 y 座標

設有 watch_dog_timer 每秒會清除一次

避免 8254 卡在 RS-232 錯誤回圈

第四章、程式設計

4.1 面板掃描部分原理介紹

圖 47: 掃描系統流程圖

Initial()

設定 RS232 傳輸為 9600bps

掃描左板 CH24~39 是否有訊號

只掃描 Channel 24~~39 理由是因為 Y 軸寬度較窄 可以簡單的就得知有無訊號

確認板上是否有 任何訊號

掃描右板 CH24~39 是否有訊號

START

掃描 CH1~23 確認 X 軸位置

Quality_Check ()

傳回 X 軸 三根訊號值 Y 軸 三根訊號值 可藉由調整可變電阻 調成理想的範圍值

ubL_R_Scan ( )

主要是快速檢測左右板 有沒有筆點下的訊號 若有則回傳 Left 或 Right (具有四段 倍率放大)

4.1.1

面板掃描

流程圖:

Yes

No

Yes

No

Yes

No

START

EBOOKCompare () 找出最大 X 軸 channel 最大 Y 軸 channel 並針對 其前後各兩個 channel 做穩定的掃描

MAX_ADCTL(); 穩定的掃描 Channel 0--39 並紀錄出各個 ch 最大 ADC 值

EBOOKPosition(X 軸最大 channel,Y 軸 最大 channel) 依照比例 轉換成 9x9 方格中的座標值

判斷筆的訊號是否持續壓住

SpecialNoiseRemainProtect()

因為在靠近板子的最邊邊,會產生一些微弱的誤動作訊號 因此需判斷是否有誤動作產生

判斷 P3_7 是否為 Low 若是則直接傳送出 座標值

判斷 比是否為第一次瞬間點下 若是則不傳送,直到第二次

傳送出正確的座標值

Yes

Yes

Yes

No

No

No

END

No Yes

ubLeft_TouchPad ( ) 及 ubRight_TouchPad( )

掃描出穩定的訊號 並且把訊號依照比例傳送相對的座標位置。

圖 49: 點讀機訊號比較流程圖

MAX_ADCTL ( )

增加充放電時間,使 ADC 值能充到穩定的値，並且把所有 channel 的 ADC 值，記錄到一個 ubEBOOK_ADC_VALUE[40]陣列中。

EBOOKCompare ( )

依照上面陣列中的 channel ADC 值，找出 X 軸最大 channel ( 0~~23 ) Y 軸 最大 channel ( 24~~39)。接著針對該軸 前後兩個 channel 做掃描，則可以 得出一個穩定的範圍值。

Ex: X 軸 最大 12 Y 軸最大 31 所以訊號在掃描如下圖

就可以找到一個穩定的三根訊號值

EBOOKPosition( X, Y)

依據 channel 的 ADC 值依照比例計算出 9x9 方格中的座標。

示意圖:

12 31

a. ch_1 < ch_3 且 相減值 > 中間區域範圍

b. ch_1 > ch_3 且 相減值 > 中間區域範圍

c. ch1 與 ch3相減值 大約為 中間區域範圍

2.依照比例細分出落在哪個格子中 由於每次掃描的訊號都會些許不同

所以需以中間當基準值作為判斷依據,才能精確的找出座標位置 示意圖:

Ex: Ch 1 ADC = 45

Ch 3 ADC = 85

Ch 2 ADC = 100

則 abs{45 - 85} = 40

因此比例為 40/100 = 40%

得出的比例則依照電路的特性細分出座標

1 2 3

1 2 3

1 2 3

1 2 3

10%

20%

20%

70%

50%

35%

35%

3.當書本變厚時,倍率放大產生的問題 一般情形下:

當書本厚度變深時

因此經過測量後變化情形如下

因此會發現如果以中間當住基準

來半段比例落在的範圍,會因為 的關係

所以需先減去 Channel 間移動的 橘色最長那根訊號的 ADC 值 如此比例才會正確 ( 就像下面用藍色蓋掉一樣)

示波器上掃描到的

示波器上掃描到的

壓在線上時

SpecialNoiseRemainProtect()

當筆點在板子的邊緣時,產生的訊號中

會有幾次衰弱或著不穩定的訊號,所以要避開

SpecialErrorDetect()

當筆點在格線上的時候, 產生的訊號中 會有幾次衰弱或著不穩定的訊號,所以要避開

因應特殊問題產生的判斷式

在筆點下去的瞬間,第一次掃到的訊號通常是不穩定或者由於人手的跳動現 象,導致錯誤所以取出座標值,需在第二次迴圈中才送出。

筆點下後持續壓住,但不送訊號,所需的判斷式

當訊號已送出後,需判斷筆有無離開板子,若無則不送出訊號

Watch dog 功能

主要目的是為了避免不正常的插拔，導致 MPC82E54 卡在 RS232 的迴圈中 所以才加入此功能。

經過示波器量測掃描板送出訊號，在最差的情形下，每筆 DATA 間格約在 358ms。由於 MPC82E54 WDT 設定的公式為

{1/[

⁽

CLK / 12

⁾

] *

⁽

2^15

⁾

}/ Bit 設定 Bit 設定

為三個 bit 決定 除頻 mode

000 / 2 001 / 4

因此 watch dog 設定為 100。

( 1 / [(11.0592 Mhz / 12)]*(2^15))/32 = 1.04857 S 所以設定要再每一秒結束前要更新 watch dog 的旗標

RS232 的協定

0xSS 0xTT 0xXX 0xYY 0xAA

0xSS 表示 X 軸低位元組

0xTT

表示 X 軸高位元組

0xXX 表示 Y 軸低位元組

0xYY 表示 Y 軸高位元組 0xAA 表示結束字元

4.1.2 掃描板程式Flow Chart 功能說明:

首先我們要先Initial 每一個Channel以確認線路一切正常，沒有異常訊號在 板上。

然後從Channel 1開始scan並將每次scan到的電壓值暫存在SRAM中，帶40個 Channel scan 完成後比對最高電壓位置。當確認到最高電壓位置後，立即進 入微調程序，判斷出更精細的定位座標。如果沒有電壓輸入則代表沒有感應到

4.1.3 MPC82E52 Sample code:

//定義變數名稱及初始參數

#define SELECT_4051 0x38

#define SELECT_CHANNEL 0x07

#define SELECT_A 0x40 //C:6th bit

#define SELECT_BC 0xC0 //B:7th, A:6th bits

#define SELECT_SWITCH0 0x04

#define MAX_X 16

#define MAX_Y 24

#define TOTAL_CHANNEL (MAX_X+MAX_Y)

#define ADCX_MID_VALUE_S 0x58 //ADC Voltage ~= 1.80V

#define ADCX_MID_VALUE_L 0x67 //ADC Voltage ~= 2.00V

#define ADCY_MID_VALUE_S 0x58 //ADC Voltage ~= 1.80V

#define ADCY_MID_VALUE_L 0x73 //ADC Voltage ~= 2.15V

//將每一Channel初始化

static void ChannelScanInit(void) {

TTL74164_Init();

GPIO_PORTC &= ~SELECT_SWITCH0;

H_byte=SELECT_A;

L_byte=SELECT_BC;

}

//選擇欲掃描的 Channel及delay時間

static void ChannelSelect(unsigned char ch, unsigned char msec) {

unsigned char Q543, Q210;

Q543 = ch/8;

H_byte &= ~SELECT_4051;

H_byte |= (Q543<<3);

Q210 = ch%8;

H_byte &= ~SELECT_CHANNEL;

H_byte |= Q210;

OutputData(H_byte,L_byte);

GPIO_PORTC |= SELECT_SWITCH0;

GPIO_PORTC &= ~SELECT_SWITCH0;

KeStallExecutionMilliseconds(msec);

}

//取回被掃描的 Channel的ADC值

static unsigned char ADCValueGet(void) {

// input channel select OPT2 ANAR_MicrophoneControl4 &= 0xFC;

ANAR_MicrophoneControl4 |= 0x01;

_g_adcv_get[0] = 0;

_g_adcv_get[0] = (ANAR_MicrophoneControl5<<6) + (ANAR_MicrophoneControl6>>2);

return _g_adcv_get[0];

}

//掃描每一Channel的ADC值 static void ChannelScan(void) {

unsigned char ch;

unsigned char xdata adcvx[MAX_X], adcvy[MAX_Y];

unsigned char digit;

ChannelScanInit();

for(ch=1; ch<TOTAL_CHANNEL; ch++;){

ChannelSelect(ch, 1);

if(ch<MAX_X){

adcvx[ch]=ADCValueGet();

}else{

adcvy[ch-MAX_X]=ADCValueGet();

}

}

//比對出最大的ADC值

static unsigned char MaxValueGet(unsigned char* var, unsigned int count) {

unsigned char maxv,posi;

unsigned char i;

maxv=var[0];

posi = 0;

for(i=1;i<count;i++){

if(var[i]>maxv){

maxv=var[i];

posi = i;

} } return posi;

}

//比對出更精確的座標位置

static void PositionJudge(unsigned char psx, unsigned char psy) {

unsigned char adcvx, adcvy;

ChannelSelect(psx, 50);

adcvx=ADCValueGet();

if(adcvx<=ADCX_MID_VALUE_S){

Draw8x6Icons(4,60,0);

}

else if(adcvx<=ADCX_MID_VALUE_L){

Draw8x6Icons(4,60,1);

} else

Draw8x6Icons(4,60,2);

ChannelSelect(psy, 50);

adcvy=ADCValueGet();

if(adcvy<=ADCY_MID_VALUE_S){

Draw8x6Icons(5,60,0);

}

else if(adcvy<=ADCY_MID_VALUE_L){

Draw8x6Icons(5,60,1);

}

else

Draw8x6Icons(5,60,2);

}

實驗:

我們利用 UART 傳輸軟體模擬，直接輸入座標值，模擬掃描板傳入資料及 MP3 主機之回應。

圖 50: MP3 座標模擬

速度調整、音量大小等等功能，且功能座標有著最高優先權處理程序，以便 User 操作。而發音座標部分則是關係著點讀機效能好壞的重點項目，如果發音 速度太慢，將造成 User 使用上的等候時間太長而不耐煩。如果發音內容錯誤 (可能為座標判斷錯誤)，會讓 User 重複操作而浪費電力並影響學習意願。

所以發音座標輸入後，面板控制 IC 立即要判斷出是左頁還是右頁座標，接著 將存放在 NAND Flash 中的座標資料及 MP3 聲音資料載入 SRAM 中進行比對，如 果比對正確則將 MP3 聲音資料丟入 DSP 中進行播放。如果比對錯誤則代表此筆 座標在此頁中無發音。

MP3 主機之時序圖:

圖 51: 點讀機時序圖

圖 52: MP3 語音撥放流程圖

等待座標輸入

功能鍵 or 內容?

進入功能選 單程式

進入座標轉 換程序

取出當頁的所有聲音檔座標及 聲音索引並開始比對

有無在範圍內?

依照聲音位置索引至 MP3 file 中尋找資料

為無效位置，回到主 程式

播放 MP3 聲音